開源機器人硬體是如何加速研究和創新的

最新一期《IEEE機器人與自動化雜誌》對開源機器人硬體及其對機器人領域的影響進行了專題報道。在過去幾年裡，我們已經看到一些開源軟體平台，比如Robot Operating System (ROS)、Gazebo、OpenCV等，在幫助研究人員和公司更好、更快搭建機器人系統方面發揮了巨大作用。那麼，同樣的事情會發生在機器人硬體上嗎？

機器人學者、《IEEE機器人與自動化雜誌》主編 Bram Vanderborght認為，開源硬體已在發揮作用。Bram解釋說，多虧類似3D印表機、激光切割機、模塊化開放電子套件以及其他快速原型和製造技術，搭建機器人硬體已經變得越發容易。然而，與開源機器人軟體相比，「開源機器人硬體需要花更長的時間才能迎頭趕上」，他指出，「有幾個充分利用了這些新型快速原型設計方法的例子，令人印象深刻。」

使機器人硬體更實惠、更通用和「標準化」，對於機器人領域來說是非常重要的。作為這期專刊的特邀編輯， Aaron Dollar、Francesco Mondada、Alberto Rodriguez、Giorgio Metta幾位解釋說：

在機器人領域，特別是對於研究應用而言，可用的合乎需要的硬體平台還比較缺乏。適用於先進應用的系統寥寥無幾，非常昂貴且不耐用。再加上一些其他原因，造成市場上可用硬體的創新速度非常緩慢，而且這個市場份額一直很小、產品開發周期卻很長。可以簡單、低成本地製造出有效的開源硬體，不但可以顯著降低成本，增加產量，而且可以大大提高可用硬體的創新程度和定製化水平。

這期雜誌專刊的文章深入介紹了7個開源機器人硬體項目(除此之外當然還有很多值得一提的平台，比如TurtleBot、iCub和其他等等)，將在下周早些時候在IEEE Xplore 上提供(屆時我們將提供鏈接)。現在，讓我們對這期專刊上的項目先睹為快，包括機器手的機構設計、觸覺感測介質乃至完整的機器人系統等等。

圖注翻譯：

1：耶魯大學OpenHand項目欠驅動四指機器手(安裝在WAM機械臂上)設計原型。

2：Yale OpenHand項目提出了多種機械手設計，其共性是都使用了相似的、極度簡化的本體設計和欠驅動手指。型號T42(圖a)適用於更靈巧的任務；型號T(圖b)用於順應性力抓取(power-grasping)；型號O(圖c)可在力抓取與球面抓握(spherical grasping)模式之間進行切換。

3：基於Yale OpenHand項目型號O設計的機械手，可在力抓取(power-grasping)、球面抓握(spherical grasping)和側向抓握(lateral grasping)三種模式之間切換。這一機械手的機構拓撲在市面上的商用機械手中很常見。

4：密歇根大學安娜堡大學的BigANT項目專註於利用平板和強化撓曲(PARF)製造技術(一種低成本的快速製造技術)開發以米為尺度的六足機器人。部分迭代設計如圖：(a)底盤#1，(b)底盤#2，(c)底盤#3，(d)底盤#5。

5： BigANT底盤#7可成功在戶外地形行進。

6：BigANT的腿部機構如圖所示，(a)站立姿勢，(b)(d)擺動姿勢(前視圖)，(c)(e)擺動姿勢(側視圖)。驅動的連桿(灰色)由電機驅動作圓周運動。

7：比薩大學的自然機械運動計劃(NMMI)和義大利技術研究所專註於一個模塊化的開放式平台，用於快速、輕鬆地對對全驅軟體機器人進行原型設計。

8：一系列利用NMMI平台構建的結構：(a)身體軀幹，(b)手-臂系統，(c)工業機器人，(d)鎚子，(e)蜘蛛，(f)蛇。其應用包括操作(manipulation)、運動、義肢和工業應用。

9：哈佛大學軟體機器人工具包(SRT)提供了關於設計、製造和特徵化軟體機器人系統的詳細信息。一些典型項目包括用於檢測和減輕震動的手套(圖b)；一個基於執行器的拖鞋(圖d)；利用燃燒過程供能的軟體執行器(圖g)

10：WoodenHaptics是一個開源機器人硬體套件，可以用來設計空間觸覺介質。球狀手柄的運動對應於屏幕上呈現的球的運動，並且虛擬碰撞力被反映在球狀手柄上。

11：Thymio project開發了一套成熟的、量產的開源機器人硬體。這個移動機器人平台(圖a)上搭載了大量感測器、燈光和輸入系統(圖b)。

12：來自根特大學和比利時的布魯塞爾大學的一個團隊開發了社會機器人Ono(如上所示)和社交機器人開放平台(Opsoro)設計工具包。

13：10個利用Opsoro工具包設計的社會機器人。這是由根特大學和比利時布魯塞爾大學的研究人員組織的學生課程的一部分。

[荔枝冰糖葫蘆 via IEEE]

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